一种同频同时全双工系统的自干扰消除方法技术方案

本发明专利技术提供一种同频同时全双工系统自干扰消除方法，该方法包括如下步骤：从发射端引入模拟参考信号，接收信号与该参考信号做除法运算将自干扰信号转化为直流信号和二倍频分量，将目标信号变为低频信号和二倍频分量；上述信号依次通过低通滤波器和隔直流滤波器，滤除自干扰信号，保留低频信号(目标信号)；在解调前，上述低频信号乘以发射端基带参考信号以恢复目标信号波形。本发明专利技术提供的同频同时全双工系统自干扰消除方法在数模转换前完成了自干扰消除，消除了信道特性对干扰消除的影响，减小了量化噪声，降低了自干扰消除的技术复杂度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及同频同时全双工干扰消除技术，属于无线通信领域。
技术介绍
在传统的半双工技术中，上、下行信号依靠正交的频域或时域资源加以区分，频谱效率较低。同频同时全双工技术作为提高频谱效率的关键技术，在同一个物理信道上实现两个方向的信号传输，使每个通信节点在相同的频段上同时收发上、下行信号，获得了业界的广泛关注。与传统的半双工技术相比，同频同时全双工技术可以充分利用频谱资源，实现更大的吞吐容量，已经成为5G通信的关键技术之一。在全双工系统中，由于同一收发信机的发射天线与接收天线的距离相对较近，由发射天线泄露到接收天线的自干扰信号功率比目标信号功率大很多，如何有效地消除自干扰成为同频同时全双工技术的关键。按照自干扰消除模块在接收机链路位置的不同，自干扰消除分为天线干扰抑制、射频消除和数字基带消除等。天线干扰消除技术是通过天线设计减少全双工节点上发射天线与接收天线间的电磁耦合来降低自干扰信号功率；而射频消除利用本地发射机的射频信号，将其调整至与接收信号幅度相同、相位相反，与射频接收信号合并从而抵消自干扰；数字基带干扰消除方法是在数字采样之后通过数字信号处理算法消除残留自干扰。现有的同频同时全双工接收机结构如图1所示，接收信号包含目标和自干扰信号，它们依次经过天线隔离、射频消除、下变频、ADC(Analog-to-DigitalConverter，模数转换器)、基带消除和解调等模块。现有的干扰消除技术存在一定的局限性，主要表现在以下方面：首先，射频干扰消除模块需要根据信道响应和残留干扰来调整参考信号的幅度、相位，无线信道的时变特性导致射频干扰消除电路必须自适应调整参数以跟踪信道变化，自适应算法的实现复杂度较高；其次，由于无线信道的多径效应，干扰信号是多径干扰信号叠加的结果，现有的射频干扰消除方法只能消除主径干扰，而无法消除其余路径的干扰，干扰消除效果有限；第三，经过射频干扰消除后的信号转换为数字信号，由于ADC的分辨率低或动态范围不够，ADC无法准确获取接收信号中的有用成分，导致有用信号在量化过程中丢失，进而影响基带数据解调的准确性；最后，基带干扰消除需要相应的信号处理算法估计干扰信道，技术复杂，实现难度大。
技术实现思路
同频同时全双工接收机的接收信号y表示为：其中，PT、hT和ST分别表示目标信号的发射功率，信道响应和目标节点发射的模拟信号，PI、hI和SI分别表示自干扰信号的发射功率，信道响应和自干扰节点发射的模拟信号，n为接收噪声。同频同时全双工接收机将从公式(1)所示的接收信号中消除自干扰信号，解调目标信号。为降低全双工自干扰消除的技术复杂度，减小ADC量化噪声，消除时变信道对干扰消除的影响，本专利技术提供一种同频同时全双工系统自干扰消除方法，该方法通过以下三个步骤来完成：(1).干扰信号直流化将发射端的中频或射频模拟信号传送至接收机，该信号表示为参考信号SRef_1，且SRef_1＝SI。接收机的接收信号与参考信号做除法运算，即y/SRef_1，运算后的信号频谱如图2所示。由于SRef_1和y均为正弦波模拟信号，除法运算后，自干扰信号变为直流信号和二倍频分量，目标信号变为低频信号和二倍频分量。(2).干扰信号滤除步骤(1)所得信号通过低通滤波器和隔直流滤波器，滤除二倍频分量和直流信号，保留低频信号(目标信号)。参考图2所示的信号频谱，经过此步骤，自干扰信号被滤除，目标信号被保留。(3).目标信号波形恢复将发射端基带模拟信号或数字信号传送至接收机，该信号表示为参考信号SRef_2。在解调前，将保留的低频(目标信号)与参考信号SRef_2相乘以恢复目标信号波形。由于步骤(2)输出信号的幅度、相位受到干扰信号的调制，经过此步骤，目标信号波形得以恢复，以便后续信号处理模块解调信息比特。本专利技术的有益效果：本专利技术提供的同时同频全双工自干扰消除方法通过除法运算将自干扰信号转化为直流信号，并通过隔直流滤波器滤除直流。此方法技术复杂度低，信道特性仅与直流信号的强度有关，不影响干扰消除效果，有效地克服了信道多径和时变特性对干扰消除的影响。此外，本专利技术所提出的方法针对模拟信号实现干扰消除，不需要在数字域估计干扰信道，技术难度降低。接收信号在ADC以前消除了自干扰信号，减小了ADC量化噪声，提高了系统的误码率性能。附图说明图1现有全双工接收机干扰消除结构图；图2接收信号与参考信号相除后的信号频谱示意图；图3本专利技术实施例同频同时全双工系统的发射机结构示意图；图4本专利技术实施例中的接收机干扰消除结构图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，进一步详细描述本专利技术。同频同时全双工系统的发射机结构如图3所示，比特序列经调制、成型滤波、数字上变频和DAC(Digital-to-AnalogConverter，数模转换器)形成中频模拟信号，经上变频为射频信号，再由天线发射出去。中频和射频信号分别由Smf和Srf表示。在全双工节点的接收端，接收天线具有自干扰隔离能力，它接收的射频信号包含来自发射端的自干扰信号，来自目标节点的目标信号和噪声。接收信号在模拟域完成自干扰消除，然后通过ADC、信道均衡、匹配滤波等模块完成信息比特的解调。考虑两个全双工通信节点进行点对点通信，通信节点在相同的频率和时间上进行发射和接收。本专利技术中接收机结构如图4所示，发射机产生的中频(或射频)信号和基带信号被传送至接收机作为参考信号，分别记为SRef_1和SRef_2，发射机直接生成1/SRef_1，经过乘法器与接收信号相乘，自干扰信号变为直流信号和二倍频分量，目标信号变为低频信号和二倍频分量，信号依次经过低通滤波器和隔直流滤波器变为低频信号(目标信号)。随后，信号乘以基带参考信号SRef_2，恢复目标信号的幅度和相位，恢复的目标信号依次进行信道均衡、匹配滤波和符号解调等。若SRef_1为发射机中频信号Smf，接收天线的接收信号进行下变频为中频信号，在中频完成依次经过干扰信号直流化、干扰信号滤除和目标信号波形恢复三步来消除自干扰，再经过ADC、数字下变频、匹配滤波等模块解调信息比特。若SRef_1为发射机射频信号Srf，接收信号频谱变为低频，因而不需要图4虚线所示的下变频模块。恢复目标信号波形的过程中，乘法运算在信号模拟域或者数字域完成，对应的SRef_2分别为发射端基带模拟信号或基带数字信号。当发射端采用MPSK调制时，低通滤波器通带近似平坦，发射端信号SI为恒包络信号。由发射机生成参考信号，经过共轭变换形成的信号表示为SRef_1*，将接收信号与SRef_1*相乘完成干扰信号的直流化，进一步降低了技术实现复杂度。此外，如果接收机I、Q路正交下变频的载波信号能够与接收干扰信号的I、Q路的载波信号相位相同，则针对I、Q路在基带分别进行信号处理。发射的干扰信号可以是信息符号也可以是导频符号。上面通过实例对本专利技术做进一步说明。需要注意的是，公布实例的目的在于帮助进一步理解本专利技术，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本专利技术及所附权利要求的精神范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本专利技术不应局限于实例所公开的内容，本专利技术要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同频同时全双工系统自干扰消除方法，包括如下步骤：1)干扰信号直流化：从发射端引入模拟参考信号，接收机的接收信号与该参考信号做除法运算，使自干扰信号变为直流信号和二倍频分量，目标信号变为低频信号和二倍频分量；2)干扰信号滤除：步骤1)所得信号依次通过低通滤波器和隔直流滤波器，滤除二倍频分量和直流信号，保留低频信号；3)目标信号波形恢复：在目标信号解调前，上述低频信号乘以发射端基带参考信号。

【技术特征摘要】
1.一种同频同时全双工系统自干扰消除方法，包括如下步骤：1)干扰信号直流化：从发射端引入模拟参考信号，接收机的接收信号与该参考信号做除法运算，使自干扰信号变为直流信号和二倍频分量，目标信号变为低频信号和二倍频分量；2)干扰信号滤除：步骤1)所得信号依次通过低通滤波器和隔直流滤波器，滤除二倍频分量和直流信号，保留低频信号；3)目标信号波形恢复：在目标信号解调前，上述低频信号乘以发射端基带参考信号。2.如权利要求1所述的同频同时全双工系统自干扰消除方法，其特征在于，步骤1)中模拟参考信号为发射机生成的中频或射频模拟信号。3.如权利要求1所述的同频同时全双工系统自干扰消除方法，其特征在于，步骤3)中的发射端基带参考信号为发射端基带模拟信号或基带数字信号。4.如权利要求2所述的同频同时全双工系统自干扰消除...

【专利技术属性】
技术研发人员：马猛，焦秉立，刘畅，田树一，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11